Instalación de Equipos de Bombeo Simples
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ADUCCIONES
Donostia, octubre 2014
Jabier Almandoz
INDICE
0) Generalidades
1) Aducciones gravedad simple
2) Aducciones gravedad con punto alto
3) Necesidad de bombeo
4) Otros tipos de aducciones
5) Presencia del aire en las conducciones
6) Sequía, ventosas, cavitación en aducciones
7) Instalaciones de bombeo simples
8) Instalaciones de bombeo compuestas
9) Instalaciones compuestas de sobrepresión
Depósito inferior
Válvula de pié
Motor de arrastre
Tubería de aspiración
bomba
Depósito superior
Tubería de impulsión
Válvula de retención
Válvula de regulación
Válvula de purga
ESQUEMA DE INSTALACION :
1) Cono difusor excéntrico.
2) Tubería de aspiración en posición ascendente.
3) Curva de radio amplio..
4) Cebolleta o Válvula de pie.
5) Válvula de compuerta.
6) Válvula de retención.
7) Cono difusor concéntrico.
8) Tubería de impulsión
7.1.- DIAGRAMA DE TRANSFORMACIÓN DE
ENERGÍA EN UN SISTEMA DE BOMBEO
posición Cota piezométrica
Bernoulli
Depósito
inferior
Depósito
superior Tubo de
Aspiración
Tubo
impulsión
Ro
de
te
Difu
so
r
Plano de
referencia
Salida =S Entrada =E
7.1.- DIAGRAMA DE TRANSFORMACIÓN DE
ENERGÍA EN UN SISTEMA DE BOMBEO
Nivel inferior
Nivel superior
Bomba H
Hi
Ha
S
E
7.2. ALTURA MANOMÉTRICAS DE LA
INSTALACIÓN Y DE LA BOMBA
Altura manométrica de la
instalación es la energía necesaria para
trasegar un determinado caudal de líquido
desde el depósito inferior (aspiración) al
superior (impulsión), es decir será la
diferencia de energías entre ambos
depósitos más la pérdida de carga en las
tuberías de aspiración e impulsión.
Altura manométrica de la bomba es
la energía útil que la bomba le comunica
al líquido, es decir será la diferencia de
energías totales que tiene el líquido entre
la salida y la entrada de la bomba para un
determinado caudal.
7.3. CURVA CARACTERÍSTICA DE LA INSTALACIÓN
21
21
2
22
2
1
2
1
1
11
2
2
1
22
fmi
fmi
hg
vpzH
hg
vpz
g
vpzH
Hmi
QO
10
pzHmi
212
2
fh
g
v
cci
En realidad la curva característica de la instalación tiene
una segunda rama para caudal negativo; no obstante en la
mayoría de las instalaciones no existe, al disponer de una
válvula antirretorno que impide los caudales inferiores a
cero (tramo OA vertical)
Hmi
Q
A
O
CC para caudales negativos
La curva característica completa de la instalación teniendo en cuenta
los caudales negativos es distinta.
Hm(i) = (B2-B1) + hf
Hm(i) = (B1-B2) + hf
Q
1
2
En este caso la altura manométrica de la instalación vale
Hm(i) = (B1 -B2) + hf 1-2
Hm
Q>0
A
O
A´
Q<0
Z2-Z1
-(Z2-Z1)
hf
hf
Los 3 casos para Q<0 Caso único para Q>0
- Hm (alturas negativas)
Hm
Q>0
A
O
A´
Q<0
Z2-Z1
-(Z2-Z1)
hf
hf
Los 3 casos para Q<0 Caso único para Q>0
- Hm (alturas negativas)
Se
necesita
bomba
Q de
trasvase
Sobre
energía
Siempre se necesita bomba para Q>0
7.3. CURVA CARACTERÍSTICA DE LA INSTALACIÓN
Y DE LA BOMBA. PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
cci
cctb
Q
Hm
pz
O
22 .QkHQAQBA gbomba
CURVA MOTRIZ CURVA RESISTENTE
bombab QAQBAH 2.. 2.QkHH gresistente
Hay dos formas de resolver el punto de
funcionamiento de la instalación:
• ANALÍTICO: Resolver matemáticamente el
sistema de ecuaciones.
• GRÁFICO: Sobre un diagrama representar
ambas curvas y encontrar el punto de corte.
Éste método es muy popular ya que el
fabricante suele entregar una gráfica con la
curva característica de la curva, no una
expresión matemática. Para conseguirla
deberemos ajustar los puntos por mínimos
cuadrados por ejemplo.
cci
cctb
Q
Hm
pz
O
7.4 SELECCIÓN DE UNA BOMBA. PUNTO DE
FUNCIONAMIENTO
7.4 SELECCIÓN DE UNA BOMBA. PUNTO DE
FUNCIONAMIENTO
7.4 SELECCIÓN DE
UNA BOMBA.
PUNTO DE
FUNCIONAMIENTO
7.4 SELECCIÓN DE UNA
BOMBA. PUNTO DE
FUNCIONAMIENTO
7.4 SELECCIÓN DE UNA
BOMBA. PUNTO DE
FUNCIONAMIENTO
Instalación:
i.1: cota del depósito, variación
i.2: cierre en abanico (válvula de impulsión). Adecuada en bombas radiales
i.3: bypass
Turbobomba:
tb.1: variación de N
tb.2: torneado de rodete
tb.3: variación anchura del rodete (b)
tb.4:
-variación en la inclinación de los álabes del sistema difusor
- variación en la inclinación de los álabes a la entrada del rodete
- creando una prerrotación por medio de un bypass
7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
7.5.1.- POR MODIFICACIÓN DE LA CURVA CARACTERÍSTICA DE LA INSTALACIÓN
Variación de la cci al modificarse z y p/
7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
7.5.1.- POR MODIFICACIÓN DE LA CURVA CARACTERÍSTICA DE LA INSTALACIÓN
Variación de la cci al modificarse hf
7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
Variación de la cci al modificarse N
7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (N)
7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
R
gH
N D
2 2R
Q
ND
3
H
N
H
N
H
Ncte
Q
N
Q
N
Q
Ncte
1
1
2
2
2
2 2
1
1
2
2
L
L
7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (N)
HN
QN
H
Qcte
2
2
2
2
2QKH
7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (N)
Calcular N2 para obtener un caudal Q2
3
3
2
2
2
3
3
2
2
2
N
Q
N
Q
N
H
N
H
Q2
H2
a N2
Q3
Q3
7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (N)
PF2
Q’1
N1
N2
PF1
cci
Q
Hm
O Q2
H2
H1
Q1
H’1
7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (torneado del rodete)
7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (torneado del rodete)
7.5 VARIACION DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
7.5.2.- POR MODIFICACIÓN DE LA CC DE LA BOMBA (torneado del rodete)
a
t
a
t
D
D
Q
Q
2
2
a
t
a
t
D
D
H
H2
2
2
2
y
H
D
H
D
Q
D
Q
D
t
t
a
a
t
t
a
a
2
2
2
2
2 2
Los problemas resultantes se resuelven de
manera análoga al caso de modificación
de la velocidad de giro
B1 B2
E
S
B1 B2
B1 B2
Entrada
Salida
Entrada
Salida
En serie
En paralelo
BE + Hm1 = BS
BE + Hm2 = BS
Por tanto: Hm1 = Hm2 = BS - BE
BE + Hm1 + Hm2 = BS
Por tanto: Hm1 + Hm2 = BS - BE
7.6 BOMBAS FUNCIONANDO EN GRUPO
AB + AC = AD
H1 + H2 = Hs
Q1 = Q2 = Qs
DISPOSICIÓN EN SERIE
7.6.1 SERIE
AB + AC = AD
H1 = H2 = Hp
Q1 + Q2 = Qp
DISPOSICIÓN EN PARALELO
7.6.2 PARALELO
ALTERNATIVA ENTRE HACER FUNCIONAR DOS BOMBAS EN
SERIE O EN PARALELO.
en un sistema de
bombeo además de la
máquina o máquinas, la
instalación tiene una
importancia fundamental
Obviamente en un sistema con bombas en paralelo, puede
hacerse funcionar una de las máquinas solamente, o la otra, o
bien las dos a la vez consiguiendo de esta manera tres caudales
diferentes
7.7 ESTUDIO DE LA CAVITACIÓN EN BOMBAS NPSH
Efectos mecánicos: ruidos, vibraciones, golpes,
Efectos químicos: oxidación del material
Efectos hidráulicos: disminución de la altura, caudal y rendimiento
CAVITACIÓN EN LAS BOMBA
DESCRIPCIÓN DEL FENÓMENO
Secuencia de la implosión y consecuencias sobre
la superficie sólida
Cas d'une pompe centrifuge : quand un
liquide coule dans un tuyau d'aspiration et
qu'il entre dans l'œil de l'impulseur, sa
vélocité augmente ce qui amène un
réduction de pression. Si cette pression
descend en dessous de la tension de
vapeur correspondant à la température du
liquide, celui ci va se vaporiser et le courant
qui s'écoule consistera à la fois de liquides
et de poches de vapeur. Continuant son
mouvement dans l'impulseur, le liquide
arrive à une zone de pression plus élevée
et les cavités de vapeur disparaissent.
C'est cette disparition de poches de vapeur
qui cause le bruit relié à la cavitation.
Cavitación en el álabe de un rodete
Aspecto de la cavitación
Photos illustrant le
phénomène de
cavitation sur des
aubes de pompe
centrifuge
7.7 ESTUDIO DE LA CAVITACIÓN EN BOMBAS NPSH
BDBD
l
s
l
B
2
D
l
s
l
D hfZZPP
2g
VPP
NPSHdisponible = NPSHrequerido + P PD S
l
2g
VZ
Phf
2g
VZ
P2
DD
l
DBD
2
BB
l
B )()( absabs
seguridadrequeridodisponible NPSHNPSHNPSH
f (instalación) f (Q, bomba) f (técnico, diseño)
requeridodisponible
seguridad
NPSHNPSH
mclNPSH
valores
3,1
9,05,0
:2
l
s
l
DDfBDBD
l
s
l
B PP
g
VhZZ
PP
2
2
BD
l
s
l
B ZZPP
hfBD
NPSHDisponible
NPSHRequerido
NPSHSeguridad
H(mcl)
Q
g
VD
2
2
Qcrítico
C
BD
l
s
l
B ZZPP
hfBD
NPSHDisponible
NPSHRequerido
NPSHSeguridad
H(mcl)
Q
g
VD
2
2
Qcrítico
C
Situación con instalación a cota ZD mayor
BD
l
s
l
B ZZPP
hfBD
NPSHDisponible
NPSHRequerido
NPSHSeguridad
H(mcl)
Q
g
VD
2
2
Qcrítico
C
Situación con otra bomba de mejor diseño
BD
l
s
l
B ZZPP
hfBD
NPSHDisponible
NPSHRequerido
NPSHSeguridad
H(mcl)
Q
g
VD
2
2
Qcrítico
C
Situación con instalación de peor diseño en hf
SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS
Ejemplo
Para el sistema mostrado en la figura, seleccione una bomba centrifuga
adecuada para transportar 3000 l/s.
Pa 3100 P
mm 0,0001
mm300 24" iametro
v(abs)
d
Aire
Aire
9 m Agua
Agua
2,4 105 Pa
6,9 104 Pa
152 m 152 m
12 m
Nivel de referencia
K = 0,9
Válvula abierta
K = 1
K = 0,4 Bomba
3 m
Ejemplo
Se desea instalar una bomba centrifuga para mover agua entre dos
estanques, como se muestra en figura. El caudal necesario a transportar es
de 400 l/min a través de una tubería de PVC de 50 mm de diámetro.
a) Seleccione la bomba más adecuada a su sistema, justifique su respuesta.
b) Si se instala un medidor de flujo en la descarga ¿qué coeficiente de
pérdida podría tener para que su bomba selecciona en (a) se pudiera seguir
utilizando? Justifique la respuesta.
Le total Succión : 4 m
Le total Descarga : 13 m
Pvapor abs : 1,65 x 103 Pa
: 1000 kg/m3
: 1,3 x 10-3 Pa.s
SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS
Ejemplo
Se tiene un sistema como el de la figura por el cual circula agua a 20ºC.
La tubería es de acero comercial de 6 pulgadas (150 mm) de diámetro.
Suponer el coeficiente de frotamiento f = 0,021 constante. En la succión, la
longitud equivalente total es de 10 m y en la descarga de 340 m. Si la
curva característica de la bomba a 1750 rpm está representada por:
a) Cuál es el caudal que circula por el sistema?
b) Si las revoluciones de la bomba cambian a 2000 rpm, cuál es el nuevo
caudal?
/sm Q ; m H Q 1585 - 002 H 32
30 m Suponer f= 0,021 = cte
para cualquier caudal
Una tubería de PVC de 6 pulg (150 mm) de diámetro conduce agua (R=
0,975, = 8,4x10-4 Pa-s) hacia un aparato, tal como se muestra en figura,
estando la válvula A cerrada y siendo la salida del agua por B a la atmósfera;
la bomba centrífuga instalada en el sistema tiene la siguiente curva de
funcionamiento:
Calcule:
a) El caudal que circula por el sistema
b) Potencia necesaria para mover el flujo si la eficiencia de la bomba es del 65%
H (m) 55 50 35 15
Q (l/min) 4.800 7.200 9.600 12.000
1 pié=30,48 cm
SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS
Ejemplo
a) Para el sistema de la figura, cual es el caudal que circula?
b) Cuál es el porcentaje de aumento de caudal si se instala en el sistema
una bomba centrífuga con las siguientes características?
c) Cuál sería el nuevo caudal si se instalan dos bombas en paralelo?
d) Si las revoluciones bajan de 1200 a 800 rpm, cuál es el nuevo caudal
que circula por el sistema?
35 m
16 m
35 m
65 m
K = 0,4
K = 1
K = 0,9
mm 0,09 mm 150
Q (l/min) 0 4000 8000 12000 16000
H (m) 98 97 90 77 60
Datos de la curva
-Hm (mca)
-Qu (m3/h)
-Rendimiento global
-Potencia absorbida (CV)
-NPSH requerido